CN113945881A - 计量表箱内电能表运行误差监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种计量表箱内电能表运行误差监测装置。本发明的监测装置安装在分支计量表箱内部的总线侧，包括前置数据采集单元、计量芯片计算单元、主控核心计算单元、本地数据通信单元和数据传输单元，前置数据采集单元采集分支计量表箱总线侧的原始数据，并用计量芯片计算单元计算总线侧实时能耗数据，计量芯片计算单元通过本地数据通信单元与计量表箱内电能表的数据进行通信，获取计量表箱内电能表的冻结电能数据，并进行电能表运行误差计算，将计算结果通过数据传输单元进行本地传输或上传到远程服务器。本发明利用现有数据计量***架构，通过在分支计量箱内加装运行误差监测设备，实现对计量箱内电能表计量误差的高时效性在线监测。

Description

计量表箱内电能表运行误差监测装置
技术领域
本发明涉及低压台区分支计量箱内电能表运行误差在线监测领域，具体地说是一种适用于分支计量箱内电能表运行误差监测的装置，该装置可以采集低压台区分支计量箱内的电能表的计量数据，并可实时计算分支计量箱内电能表的运行误差，为计量箱内电能表运行误差提供在线监测。
背景技术
在电力***中电能的计量和电费的结算主要是通过计量型设备来实现，智能电能表的大范围应用是电力行业智能化的重要指标之一，随着智能电能表的普及，设备的计量准确度等技术指标的状态监测，成为了影响到电力***的费用结算准确度、管理水平提升等的关键问题。
目前，对于电能表等计量装置的计量误差监测主要是通过人工现场检验的方式进行校验。现场工作人员需要通过专用的高精度计量设备对待校验表进行现场评测，如果待校验表出现计量误差，则需要现场拆换。此校验方法投入的人工成本较高，单计量点一般需要 1-2个现场人员进行操作，并且检验时还需要专业的高精度测量设备进行辅助，在面对大批量待检验表的需求场景时，势必带来检验工作量和检验时间的几何倍数增加的问题。所以研究新的、在线的、性价比高的电能计量设备状态在线监测技术与设备十分必要。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术方案是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种计量表箱内电能表运行误差监测装置，其利用现有数据计量***架构，通过在分支计量箱内加装运行误差监测设备，以实现对计量箱内电能表计量误差的高时效性在线监测。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：计量表箱内电能表运行误差监测装置，该装置安装在分支计量表箱内部的总线侧，包括前置数据采集单元、计量芯片计算单元、主控核心计算单元、本地数据通信单元和数据传输单元；
所述的前置数据采集单元采集分支计量表箱总线侧的原始数据，并用计量芯片计算单元计算总线侧实时能耗数据，然后计量芯片计算单元通过本地数据通信单元与计量表箱内电能表的数据进行通信，获取计量表箱内电能表的冻结电能数据，并进行电能表运行误差计算，将计算结果通过数据传输单元进行本地传输或上传到远程服务器。
进一步地，所述的前置数据采集单元包括电流互感器、电压互感器、前置放大电路和模拟量采集电路，所述的前置数据采集单元通过电流互感器和电压互感器采集分支计量表箱总线侧原始交流电流和交流电压数据，前置放大电路对采集的数据进行调制，并通过模拟量采集电路实时采集模拟量信号，将采集的模拟量信号实时传输给计量芯片计算单元。
进一步地，所述的计量芯片计算单元，实时获取原始交流电流数据和原始交流电压数据，实时计算分支计量表箱总线侧的电流有效值、电压有效值、正向有功功率和正向有功电能量，并将计算好的数据传输到主控核心计算单元。
进一步地，所述的本地数据通信单元通过载波通信模组与计量表箱内的电能表进行数据通信，实时获取电能表的电能量数据，并将本地数据通信单元获取的数据传输给主控核心计算单元。
进一步地，所述的主控核心计算单元获取计量表箱内总线侧和每一个电能表的电量计量数据；
设计量表箱内总线侧的电能表为总表计量点，出线侧共M个计量点，称作分表计量点；记计量表箱内总表供电量计量值为φ0，计量表箱内第i个分表计量点的电量计量值为φi，i ＝1，2，…M，设计量表箱内第i个分表计量点的电量真实值为Xi，则第i个分表计量点的计量误差εi为：
Figure RE-GDA0003400226150000021
由上式得第i个分表计量点的电量真实值Xi为：
Figure RE-GDA0003400226150000022
根据能量守恒定律，有：计量表箱总线侧总表供电电量＝各分表计量点用电量计量值之和+固定损耗ε，其中固定损耗包括计量箱内所有计量设备的固定能耗；
上述能量守恒关系用方程表达即为：
Figure RE-GDA0003400226150000023
将(2)代入上式得：
Figure RE-GDA0003400226150000024
记
Figure RE-GDA0003400226150000025
表示计量箱内的统计损耗，则上式两侧同时减去
Figure RE-GDA0003400226150000026
可化为：
Figure RE-GDA0003400226150000027
再记
Figure RE-GDA0003400226150000031
表示等效计量误差，则上式可进一步化为：
Figure RE-GDA0003400226150000032
积累P个计量周期的数据，代入上述方程构成方程组，并写成矩阵形式如下：
Figure RE-GDA0003400226150000033
当有效计量周期数目P满足P≥M+1时，公式(8)用最小二乘法求解，有效计量周期数目是指经过数据处理后能够参与模型计算的数据点数；
求解上述公式(8)即得到出线侧各分表计量点的等效计量误差κi和固定损耗ε，根据公式(6)计算得到各分表计量点的计量误差εi。
进一步地，所述的载波通信模组为PLC或HPLC。
进一步地，所述的计量表箱内电能表运行误差监测装置还包括本地数据存储单元，主要对分支计量表箱总线侧的原始交流电压数据、原始交流电流数据、计算过程数据和电能表的采集数据进行数据存储。
进一步地，所述的数据传输单元通过广域网与远程服务器连接，传输原始采集数据或者计算结果数据，或通过局域网进行本地传输。
进一步地，所述的电流互感器为开合式交流电流互感器，所述的电压互感器分为压式交流电压互感器。
进一步地，所述的数据传输单元将原始采集数据、计算结果数据实时通过多种通信方式相结合的模式进行高速数据传输，与上位机软件或者云端采集平台建立数据通路，并进行数据通讯。
本发明具有的有益效果如下：本发明通过获取同时间段内的总线电能数据和分电能表的电能数据进行数据计算，通过能量守恒定律建立数据方程，并不断计算电能表的实时在线运行误差。本发明利用现有数据计量***架构，通过在分支计量箱内加装运行误差监测设备，实现对计量箱内电能表计量误差的高时效性在线监测。
附图说明
图1为本发明计量箱内电能表运行误差监测装置的安装位置图；
图2为本发明计量表箱内电能表运行误差监测装置的功能单元结构图；
图3为本发明计量表箱内电能表运行误差监测装置中前置数据采集单元的结构图；
图4为本发明计量表箱内电能表运行误差监测装置中主控核心计算单元与其他单元数据传输的示意图；
图5为本发明计量表箱内电能表运行误差监测装置中数据传输单元的结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本实施例提供一种计量表箱内电能表运行误差监测装置，该装置安装在分支计量表箱内部的总线侧，如图1所示。
计量表箱内电能表运行误差监测装置的结构框图如图2所示，包括前置数据采集单元、计量芯片计算单元、主控核心计算单元、本地数据通信单元、本地数据存储单元和数据传输单元。
所述的前置数据采集单元采集分支计量表箱总线侧的原始数据，并用计量芯片计算单元计算总线侧实时能耗数据，然后计量芯片计算单元通过本地数据通信单元与计量表箱内电能表的数据进行通信，获取计量表箱内电能表的冻结电能数据，并进行电能表运行误差计算，将计算结果通过数据传输单元进行本地传输或上传到远程服务器。
所述的前置数据采集单元，如图3所示，包括电流互感器、电压互感器、前置放大电路和模拟量采集电路，所述的前置数据采集单元通过电流互感器和电压互感器采集分支计量表箱总线侧原始交流电流和交流电压数据，前置放大电路对采集的数据进行调制，并通过模拟量采集电路实时采集模拟量信号，将采集的模拟量信号实时传输给计量芯片计算单元。所述的电流互感器为开合式交流电流互感器，所述的电压互感器分为压式交流电压互感器。
所述的计量芯片计算单元，实时获取原始交流电流数据和原始交流电压数据，实时计算分支计量表箱总线侧的电流有效值、电压有效值、正向有功功率和正向有功电能量，并将计算好的数据传输到主控核心计算单元，如图4所示。
所述的本地数据通信单元通过PLC或HPLC载波通信模组与计量表箱内的电能表进行数据通信，实时获取电能表的电能量数据，并将本地数据通信单元获取的数据传输给主控核心计算单元，如图4所示。
所述的主控核心计算单元获取计量表箱内总线侧和每一个电能表的电量计量数据；设计量表箱内总线侧的电能表为总表计量点，出线侧共M个计量点，称作分表计量点；记计量表箱内总表供电量计量值为φ0，计量表箱内第i个分表计量点的电量计量值为φi，i＝1，2，…M，设计量表箱内第i个分表计量点的电量真实值为Xi，则第i个分表计量点的计量误差εi为：
Figure RE-GDA0003400226150000051
由上式得第i个分表计量点的电量真实值Xi为：
Figure RE-GDA0003400226150000052
根据能量守恒定律，有：计量表箱总线侧总表供电电量＝各分表计量点用电量计量值之和+固定损耗ε，其中固定损耗包括计量箱内所有计量设备的固定能耗；
上述能量守恒关系用方程表达即为：
Figure RE-GDA0003400226150000053
将(2)代入上式得：
Figure RE-GDA0003400226150000054
记
Figure RE-GDA0003400226150000055
表示计量箱内的统计损耗，则上式两侧同时减去
Figure RE-GDA0003400226150000056
可化为：
Figure RE-GDA0003400226150000057
再记
Figure RE-GDA0003400226150000058
表示等效计量误差，则上式可进一步化为：
Figure RE-GDA0003400226150000059
积累P个计量周期的数据，代入上述方程构成方程组，并写成矩阵形式如下：
Figure RE-GDA00034002261500000510
当有效计量周期数目P满足P≥M+1时，公式(8)用最小二乘法求解，有效计量周期数目是指经过数据处理后能够参与模型计算的数据点数；
求解上述公式(8)即得到出线侧各分表计量点的等效计量误差κi和固定损耗ε，根据公式(6)计算得到各分表计量点的计量误差εi。
所述的本地数据存储单元，主要对分支计量表箱总线侧的原始交流电压数据、原始交流电流数据、计算过程数据和电能表的采集数据进行数据存储。
所述的数据传输单元通过广域网与远程服务器连接，传输原始采集数据或者计算结果数据，或通过局域网进行本地传输。所述的数据传输单元将原始采集数据、计算结果数据实时通过以太网、WIFI、3G/4G等多种通信方式相结合的模式进行高速数据传输，与上位机软件或者云端采集平台建立数据通路，并进行数据通讯，如图5所示。
此处所描述的具体实施例仅用以解释发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.计量表箱内电能表运行误差监测装置，该装置安装在分支计量表箱内部的总线侧，包括前置数据采集单元、计量芯片计算单元、主控核心计算单元、本地数据通信单元和数据传输单元，其特征在于，
所述的前置数据采集单元采集分支计量表箱总线侧的原始数据，并用计量芯片计算单元计算总线侧实时能耗数据，然后计量芯片计算单元通过本地数据通信单元与计量表箱内电能表的数据进行通信，获取计量表箱内电能表的冻结电能数据，并进行电能表运行误差计算，将计算结果通过数据传输单元进行本地传输或上传到远程服务器。
2.根据权利要求1所述的计量表箱内电能表运行误差监测装置，其特征在于，所述的前置数据采集单元包括电流互感器、电压互感器、前置放大电路和模拟量采集电路，所述的前置数据采集单元通过电流互感器和电压互感器采集分支计量表箱总线侧原始交流电流和交流电压数据，前置放大电路对采集的数据进行调制，并通过模拟量采集电路实时采集模拟量信号，将采集的模拟量信号实时传输给计量芯片计算单元。
3.根据权利要求1或2所述的计量表箱内电能表运行误差监测装置，其特征在于，所述的计量芯片计算单元，实时获取原始交流电流数据和原始交流电压数据，实时计算分支计量表箱总线侧的电流有效值、电压有效值、正向有功功率和正向有功电能量，并将计算好的数据传输到主控核心计算单元。
4.根据权利要求1或2所述的计量表箱内电能表运行误差监测装置，其特征在于，所述的本地数据通信单元通过载波通信模组与计量表箱内的电能表进行数据通信，实时获取电能表的电能量数据，并将本地数据通信单元获取的数据传输给主控核心计算单元。
5.根据权利要求4所述的计量表箱内电能表运行误差监测装置，其特征在于，所述的主控核心计算单元获取计量表箱内总线侧和每一个电能表的电量计量数据；
设计量表箱内总线侧的电能表为总表计量点，出线侧共M个计量点，称作分表计量点；记计量表箱内总表供电量计量值为φ0，计量表箱内第i个分表计量点的电量计量值为φi，i＝1，2，…M，设计量表箱内第i个分表计量点的电量真实值为Xi，则第i个分表计量点的计量误差εi为：
Figure FDA0003181046490000011
由上式得第i个分表计量点的电量真实值Xi为：
Figure FDA0003181046490000012
根据能量守恒定律，有：计量表箱总线侧总表供电电量＝各分表计量点用电量计量值之和+固定损耗ε，其中固定损耗包括计量箱内所有计量设备的固定能耗；
上述能量守恒关系用方程表达即为：
Figure FDA0003181046490000021
将(2)代入上式得：
Figure FDA0003181046490000022
记
Figure FDA0003181046490000023
表示计量箱内的统计损耗，则上式两侧同时减去
Figure FDA0003181046490000024
可化为：
Figure FDA0003181046490000025
再记
Figure FDA0003181046490000026
表示等效计量误差，则上式可进一步化为：
Figure FDA0003181046490000027
积累P个计量周期的数据，代入上述方程构成方程组，并写成矩阵形式如下：
Figure FDA0003181046490000028
当有效计量周期数目P满足P≥M+1时，公式(8)用最小二乘法求解，有效计量周期数目是指经过数据处理后能够参与模型计算的数据点数；
求解上述公式(8)即得到出线侧各分表计量点的等效计量误差κi和固定损耗ε，根据公式(6)计算得到各分表计量点的计量误差εi。
6.根据权利要求4所述的计量表箱内电能表运行误差监测装置，其特征在于，所述的载波通信模组为PLC或HPLC。
7.根据权利要求1所述的计量表箱内电能表运行误差监测装置，其特征在于，还包括本地数据存储单元，主要对分支计量表箱总线侧的原始交流电压数据、原始交流电流数据、计算过程数据和电能表的采集数据进行数据存储。
8.根据权利要求1所述的计量表箱内电能表运行误差监测装置，其特征在于，所述的数据传输单元通过广域网与远程服务器连接，传输原始采集数据或者计算结果数据，或通过局域网进行本地传输。
9.根据权利要求1所述的计量表箱内电能表运行误差监测装置，其特征在于，所述的电流互感器为开合式交流电流互感器，所述的电压互感器分为压式交流电压互感器。
10.根据权利要求1所述的计量表箱内电能表运行误差监测装置，其特征在于，所述的数据传输单元将原始采集数据、计算结果数据实时通过多种通信方式相结合的模式进行高速数据传输，与上位机软件或者云端采集平台建立数据通路，并进行数据通讯。
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